10.1.3 Никелевые руды

Основным сырьем для получения никеля являются окисленные никелевые и сульфидные медно-никелевые руды. В небольших количествах за рубежом его получают из мышьяковистых руд.

В России доля никеля, получаемого из сульфидных медно-никелевых руд, по сравнению с окисленными никелевыми рудами непрерывно возрастает. За рубежом наблюдается обратная тенденция.

Окисленные (силикатные) никелевые руды являются рудами вторичного происхождения. Они образовались в результате выветривания главным образом змеевиков и состоят из простых и сложных гидратированных силикатов магния и железа и алюмосиликатов, содержащих никель.

Окисленные никелевые руды содержат незначительное количество никеля — от десятых долей до 1,5—3%. Только в некоторых рудах содержится до 5% и более никеля. В основном эти руды состоят из пустой породы. В рудах обязательно содержится кобальт. Отношение никеля к кобальту в них составляет (25—40): 1. В значительных количествах (до 0,02%) в рудах может присутствовать медь, практически во всех случаях руды содержат хром (до 1—2% и более).

Основными никельсодержащими минералами в окисленных рудах являются гарниерит (Ni, Mg) О- SiO2 • 2Н₂О, ревдинскит и непуит 3(Ni, Mg)O*2SiO_2*2Н₂О и нонтронит nNiO • (Al, Fe)₂O₃X X4SiO₂ • 4Н₂О. Никелевые минералы в рудах находятся в тонко-диспергированном состоянии. Пустую породу составляют серпентин 3MgO • 2SiO₂ • 2Н₂О, каолинит А1₂О₃ • 2SiO₂ • 2Н₂О, тальк 3MgO • 4SiO₂ • 4Н₂О, кварц и некоторые другие минералы. Железо в таких рудах находится в форме оксидов и гидроксидов, в которых присутствует никель.

По соотношению между содержаниями важнейших компонентов окисленные никелевые руды классифицируют на несколько промышленных типов, среди которых можно выделить следующие основные виды: железистые (более 30% Ре₂Оз), железисто-кремниевые (менее 30% Ре₂Оз), железисто-магнезиальные (6—11% MgO), магнезиальные (до 20% MgO) и кремнистые (до 50% SiO₂).

Силикатные руды отличаются высоким содержанием влаги — в среднем 20—25%, а иногда до 40%. Характерной особенностью этих руд являются также их высокая неоднородность и исключительное непостоянство химического состава по содержанию как никеля, так и пустой породы. Колебания состава наблюдаются даже в массиве одного месторождения. Возможные пределы концентраций компонентов руды следующие, %: 0,5—5,0 Ni; 0,04—0,16 Со; 15-50 SiO₂; 15-65 Fe₂O₃; 2-25 MgO; 5-16 А1₂О₃; 0,5-2 CaO.

По внешнему виду окисленные никелевые руды похожи на глину. Для них характерны пористое, рыхлое строение, малая механическая прочность кусков, высокая гигроскопичность, рассеянность никеля почти по всем минералам и тесное прорастание одних минералов в другие. Такое физико-химическое состояние окисленных никелевых руд делает невозможным механическое вскрытие индивидуальных минералов, содержащих никель, и следовательно, их отделение от пустой породы при обогащении традиционными методами.

Среди возможных путей обогащения окисленных никелевых руд следует назвать метод, сочетающий их предварительное пирометаллургическое сульфидирование в трубчатых вращающихся печах с последующим флотационным выделением образовавшихся сульфидов из измельченного спека. Такой способ прошел проверку в производственных условиях и показал положительные результаты. Однако промышленного применения он не нашел.

Из-за отсутствия рациональных методов обогащения окисленные никелевые руды в настоящее время поступают непосредственно в металлургическую переработку.

В Советском Союзе промышленные месторождения окисленных никелевых руд расположены на Урале, в Казахстане и на Украине, а за рубежом — в Новой Каледонии, на Кубе, в США, Бразилии и Греции.

Сульфидные медно-никелевые руды частично уже были рассмотрены в предыдущем разделе. В сульфидных рудах никель присутствует главным образом в виде пентландита, представляющего собой изоморфную смесь сульфидов никеля и железа переменного соотношения, и частично в форме твердого раствора в пирротине. Значительно реже в природе встречается чистый никелевый сульфид — миллерит NiS. Из других природных сульфидов можно отметить очень редкие минералы — полидимит и природный ферроникель.

Основным спутником никеля в сульфидных рудах является медь, содержащаяся главным образом в халькопирите, кубаните и талнахите. С учетом высокого содержания меди в этих рудах их и называют медно-никелевыми. Кроме никеля и меди, в медно-никелевых рудах обязательно присутствуют кобальт (до 3% от содержания никеля), а также металлы платиновой группы (платина, палладий, родий, рутений, осмий и иридий), золото, серебро, селен и теллур. Таким образом, сульфидные медно-никелевые руды являются полиметаллическим сырьем очень сложного химического состава. При их металлургической переработке извлекают 14 (включая серу) ценных компонентов.

По структуре медно-никелевые руды могут быть сплошными, жильными и вкрапленными. Чаще встречаются два последних типа руд. В зависимости от глубины залегания рудных тел их добывают как открытым, так и подземным способом.

В отличие от окисленных никелевых руд сульфидные медно-никелевые руды характеризуются высокой механической прочностью, негигроскопичны. Основную часть медно-никелевых руд подвергают предварительному обогащению.

В России месторождения сульфидных медно-никелевых руд находятся в северных районах страны — на Таймырском и Кольском полуостровах. За рубежом запасы медно-никелевых руд сосредоточены в Канаде и Австралии.

Основным способом обогащения сульфидных медно-никелевых руд является флотация. Иногда флотационному обогащению предшествует магнитная сепарация, направленная на выделение пирротина в самостоятельный концентрат. Возможность проведения магнитной сепарации обусловлена относительно высокой магнитной восприимчивостью пирротина. Получение пирротинового концентрата, содержащего до 1,5% никеля, не всегда оправдано, так как возникает необходимость в организации его специальной переработки с целью извлечения никеля, серы и платиноидов.

Флотационное обогащение может быть коллективным или селективным. При коллективной флотации ставится задача отделить пустую породу и получить обогащенный продукт — медно-никелевый концентрат. Селективная флотация позволяет не только освободиться от пустой породы, но и выделить большую часть никеля и меди в самостоятельные концентраты. Полного разделения меди и никеля при селективной флотации провести не удается, и второй продукт селекции по существу является медно-никелевым концентратом, отличающимся от руды значительно более высоким отношением Ni/Си. На практике такой концентрат обычно называют просто никелевым.

Таким образом, при обогащении сульфидных медно-никелевых руд в зависимости от принятой схемы обогащения могут получаться коллективные медно-никелевые, медные, никелевые и пирротиновые концентраты.

Медные концентраты с высоким соотношением меди и никеля, равным примерно 20:1, перерабатывают на медеплавильных заводах.

Кроме окисленных никелевых и сульфидных медно-никелевых руд, сырьем для получения никеля могут служить мышьяковистые руды, которые представлены типичными жильными образованиями. В этих рудах арсениды никеля тесно ассоциированы с арсенидами кобальта, сульфидами меди и других металлов. Наибольшие запасы мышьяковистых руд имеются в Марокко, Иране, Франции, Канаде и Бирме. Вследствие ограниченности запасов мышьяковистые руды не имеют большого значения в производстве никеля.